Herstellen von Platinen - eine Anleitung - Projektlabor

Inhaltsverzeichnis
Herstellen von Platinen
Tino Brast
Tino Brast ..................................................................................1
Herstellen von Platinen ..............................................1
Inhaltsverzeichnis .......................................................1
2.Aus der Praxis: .................................................................2
2.1.Kleine Zusammenfassung .......................................2
...der Ausrüstung ...........................................................2
2.2 Das Layout und die Folie .........................................4
2.3. Vorbereitungen .......................................................6
2.4.Das Belichten der Platine ........................................6
2.4.1. Im Projektlabor ....................................................6
2.4.1.1. Einseitige Platine ..............................................6
2.4.1.2. Doppelseitige Platine ........................................7
2.4.2.In Eigeninitiative ...................................................7
2.5. Entwickeln der belichteten Platine ..........................8
2.6. Ätzen der Platine ....................................................9
2.7.Bohren der Platine ...................................................9
2.8. Entfernen der Fotolackreste ...................................9
3.Andere Herstellungsmöglichkeiten.............................................12
3.1. Möglichkeit: Ätzen 1. ........................................................12
3.2. Möglichkeit: Ätzen 2. ........................................................12
3.3. Möglichkeit: Fräsen ...........................................................12

1.Was sind Platinen?
Platinen sind Platten auf welche man die Bauteile, welche man benötigt, lötet und sie
sorgen somit für den Halt dieser Bauteile und ihre elektrischen Kontakte!
1.1.Aufbau von Platinen
Eine Platine besitz eine Schutzfolie, damit
sie nicht belichtet werden kann, ohne
unser Zutun. Dann kommt der Photolack,
welcher sich beim Belichten äuflöst und
die zu ätzenden Bereiche freilegt. Die
dritte Schicht ist der Kupfer, welcher die
späteren Leiterbahnen ergibt. Und zu
guter letzt kommt das Trägermaterial,
dessen Name ja selbsterklärend ist.

Oben ist eine kupferkeschierte,
fotobelichtete und entwickelte Platine zu
sehen. Die Flächen, die stehen bleiben,
erscheinen nun dunkel. Die Platine in der
Mitte ist bereits geätzt, enthält aber noch
die Fotoschicht. Die untere Platine
schließlich wurde von der Fotoschicht
befreit und kann gebohrt werden
2.Aus der Praxis:
2.1.Kleine Zusammenfassung
Die Erstellung eigener Platinen erfolgt in mehreren Schritten. Bei eigenen
Schaltungsentwürfen wird man mit Hilfe eines ECAD-Programmes am PC ein
Schaltbild zeichnen und daraus ein Platinenlayout anfertigen. In unserem Fall
handelt es sich um das Layoutprogramm EAGLE. Aus dem Drucker kommt
schließlich eine schwarze Vorlage auf transparenter Folie. Diese wird zum
Belichten auf die fotobeschichtete Platine gelegt. Nach der Belichtung wird die
Fotoschicht in einem Bad entwickelt. Dabei werden die Leiterbahnen auf dem
Kupfer als schwarze Strukturen erkennbar. Anschließend verweilt die Platine
solange in einem Ätzmittelbad, bis das nicht von der Fotoschicht bedeckte
Kupfer von der Platine abgelöst ist. Als letzten Arbeitsschritt wird die geätzte
Platine von der Fotoresistschicht befreit. Doch fangen wir ganz vorn an, also
bei..
...der Ausrüstung
Zunächst benötigt man ein Gefäß, in dem man das Ätzbad anrichten, heizen
und lagern kann. Dazu eignet sich ein kleines Kunststoff-"Aquarium", etwas
größer als eine Europakarte (160x100mm).Wir nutzen das ISEL-Ätzgerät Typ
2 im Projektlabor und brauchen somit keinen abenteuerlichen Einkauf im
Zooladen starten.
Jenes Gerät sieht dem unserem sehr
ähnlich!

Die Ätzflüssigkeit ist im Labor ebendfalls vorhanden, wenn man unbedingt zu
hause Ätzen will geht man am besten in einen Elektronikladen und besogt
sich Eisen-III-Chlorid, Ammoniumpersulfat oder besser Natriumpersulfat.
Zum Belichten der Platinen benötigt man ein professionelle(welches wir zur
Verfügung haben) oder selbstgebautes Belichtungsgerät mit mehreren UV-
Röhren kleiner Leistung- oder eine alte „Höhensonne“, die ein intensives,
hellblaues UV-Licht abgibt.
Eine ausgemusterte
Höhensonne ermöglicht die
Belichtung von Platinen in
weniger als 2 Minuten
Da die älteren Höhensonnen meist mit 300-400 Watt sehr intensiv sind, sollte
man keinesfalls in die eingeschaltete UV-Röhre schauen! Wie beim Bräunen
mit dem Gerät ist auch für unsere Zwecke eine Schutzbrille unbedingte
Pflicht, solange das Gerät in Betrieb ist!
Kommerzielle
Belichtungsgerät, welches wir
nutzen!

Als Belichtungshilfe kann man sich einen Belichtungsrahmen bauen. Er dient
dazu, die transparente Folie plan auf die Platine zu drücken. Damit sind
scharfe und klare Leiterbahnen ohne Unterätzungen gewährleistet. Für den
Anfang geht es aber auch mit einer glatten Fläche (Tisch, Buch) und einer
dünnen Glasplatte.
Der
Belichtungsrahmen
besteht aus einer
glatten Unterlage,
etwas Schaumstoff
und einer
Glasscheibe
Nun fehlt nur noch etwas Entwickler für den Fotopositivlack der Platine. Dazu
kann man im Elektronikladen kleine 10g-Päckchen teuer kaufen oder in der
Drogerie oder Apotheke Ätznatron (Natriumhydroxid) im Kilopack beziehen.
Ein Kilo reicht für sehr viele Entwicklungen und wird nicht schlecht, solange es
in luftdichter Verpackung gelagert wird, da es leicht Feuchtigkeit anzieht und
bald unbrauchbar wird. Es sieht aus wie weißes Granulat. Im Projektlabor
nutzen wir Entwicklungskonzentrat, welches im Verhältniss 1:10 verdünnt
wird.
2.2 Das Layout und die Folie
Zuerst muß ein Platinenlayout erstellt oder aus einem Buch oder Zeitschrift
auf eine transparente Folie kopiert werden. Das Layout, dass sich schwarz
auf der Folie abhebt, muß wirklich lichtdicht sein. Um dies zu prüfen, hält man
es gegen eine Lichtquelle. Falls etwas Licht durch die Leiterbahnen scheint,
zieht man die betreffenden Stellen mit schwarzem Edding-Stift nach oder legt
eine weitere Folie exakt auf die bisherige und fixiert diese mit transparentem
Tesa-Film. Die Edding-Methode eignet sich nur für recht dicke Leiterbahnen.
Wir erstellen das Layout mit dem Programm EAGLE, wobei einige Dinge beim
Drucken zu beachten sind um ein gutes Layout auf Folie zu erhalten. Im
„Druck-Menü“ muß man die Option „Black“ und „Solid auswählen, damit die
vorhandenen Füllmuster als ausgefüllte Fläche gedruckt werden und
sämtliche Farben in schwarz auf dem Drucker ausgegeben werden. Bei
doppelseitigen Platinen muss noch beachtet werden, dass beim Ausdrucken
der „top-Layers“(Oberseite) die Option „mirror“ aktiviert ist. Beim „bottom-
Layer“(Unterseite) darf diese Option natürlich nicht aktiviert sein. Ebenfalls
wichtig ist, dass der „Scale factor“ auf 1 steht.

Dialog für die Druckereinstellungen
(in EAGLE)
Ist die transparente
Folie nicht
lichtdicht, klebt
man zwei Folien
deckungsgleich
übereinander
Falls Sie ein Layout aus einer Zeitschrift oder einem Buch kopieren, sollten
Sie gleich mehrere transparente Folien anfertigen, die absolut gleich kopiert
wurden, da sich eine geringe Verzerrung des Fotokopierers in X- oder Y-
Richtung nicht vermeiden lässt. Nur dann ist es möglich, zwei oder eventuell
sogar drei Folien absolut deckungsgleich übereinander zu legen und zu
fixieren. Auch bei mittelmäßigen Kopien erhält man spätestens bei drei
übereinander liegenden Folien ein lichtdichtes Layout. Das sollte jedoch nur
eine Notlösung sein.
Statt hochtransparenter Folie verwenden manche Experten auch das weniger
durchsichtige Transparentpapier aus dem Schreibwarenhandel. Dieses nimmt
im Kopierer den Toner besser an als die glatte Transparentfolie. Oft kommt
man mit einer Kopie aus und ist nicht gezwungen, mehrere Folien
übereinander zu legen. Das Verfahren verlangt jedoch verlängerte
Belichtungszeiten.
Ein Schritt zu qualitativ sehr hochwertigen Layouts kann der Gang in ein
Werbestudio oder ein Prepress-Center sein, das über einen Fotobelichter
verfügt. Die resultierende Folie wird etwas teurer sein als die Kopien aus dem
Copyshop, dafür weist sie einen wesentlich besseren Kontrast, hohe
Lichtdichte und gute Kantenschärfe auf. Fragen Sie dort einmal, ob man
Ihnen helfen kann. Auch Druckereien besitzen oft einen Fotobelichter.
Insbesondere dort gelangt man eher zum Ziel, wenn man das Layout mit
einem ECAD-System (EAGLE o.ä.) selbst erstellt hat und es auf einer

Diskette beispielsweise als EPS-Datei (Encapsulated Postscript) mitbringt.
Die meisten Fotobelichter werden über einen Computer gesteuert,
andererseits verfügen ECAD-Programme über entsprechende Treiber für
Fotobelichter.
2.3. Vorbereitungen
Die Layoutfolie liegt auf dem Tisch, nun wird der Entwickler vorbereitet: 7g
oder einen gehäuften Teelöffel in 0,8 Liter handwarmes (25-35 Grad) Wasser
geben und gut rühren, damit sich das Pulver auflöst. In unserem Fall einfach
den Entwickler im Verhältnis von 1:10 mit Wasser mischen.
Das Ätzmittel wird in einem großen, verschließbaren Glas nach Anleitung des
Herstellers angesetzt. Eisen-III-Chlorid, Ammoniumpersulfat oder
Natriumpersulfat setzt man bei ca. 40-50 Grad heißem Wasser an. Vorsicht:
Dabei können schädliche Dämpfe entstehen. Deshalb sollte man den Raum
gut lüften, die Flüssigkeit am offenen Fenster oder im Freien ansetzen. Eine
gute Menge davon anschließend in das "Aquarium" oder die Ätzkuvette
geben. Besser als mit Eisen-III-Chlorid ist das Arbeiten mit
Ammoniumpersulfat. Das weiße Pulver ist im Wasser gelöst völlig
durchsichtig und der Ätzvorgang kann gut verfolgt werden. Je mehr Kupfer die
Ätzlösung aufnimmt, desto blauer wird sie und setzt schließlich Kristalle ab.
Eisen-III-Chlorid hingegen ergibt eine gelblich undurchsichtige Brühe.
Umständlich: Zum Prüfen der Platine ist diese bei Eisen-III-Chlorid erst aus
dem Ätzbad zu entfernen. Die beste Wahl jedoch ist Natriumpersulfat, dass
wie Ammoniumpersulfat als weißes Pulver geliefert wird, jedoch keine
Kristalle absetzt, die nur schwer aus dem Behältnis zu entfernen sind. Mit
Erschöpfung der Ätzflüssigkeit nimmt Natriumpersulfat mehr und mehr eine
dunkel blaue Farbe an. Im Projektlabor ist die Ätzkuvette in eine netten
Kasten um giftige Dämpfe abzuhalten und einen gewisse Sicherheit zu
gewähren.
2.4.Das Belichten der Platine
2.4.1. Im Projektlabor
2.4.1.1. Einseitige Platine
Die Belichtungsvorlage wird mit der Druckseite nach oben auf die Glasplatte
des Belichtungsgerätes gelegt. Anschließend wird unter gedämpftem Licht die
Schutzfolie vom Platinenmaterial abgezogen. Danach wird sie mit der
fotoempfindlichen Schicht auf die Vorlage gelegt und vorsichtig der
Vakuumrahmen heruntergeklappt. Wenn Platine und Layout richtig auf der
Glasplatte liegen, wird das Vakuum eingeschaltet. Nun kann noch ein letztes
Mal die Lage überprüft werden. Wenn beides noch nicht richtig liegt, dann
Vakuum abschalten und Rahmen noch ein mal vorsichtig hochklappen und
Lage korrigieren. Ansonsten den Deckel des Belichtungsgerätes vorsichtig
herunterklappen. Da das Layout von unten angestrahlt werden muss, sind
folgende Schalterstellungen am Gerät zu wählen:
• Vakuum ein
• Ventilator aus

• Kopie oben aus
• Kopie unten ein
Die Entwicklungszeit beträgt ca. 20-30 Sekunden. Die Leiterbahnen müssen
deutlich erkennbar sein und an den Stellen, wo geätzt werden soll, muss die
Platine metallisch blank sein. Um dies zu überprüfen, sollte man sie nach
abgelaufener Zeit kurz mit fließend kaltem Wasser abspülen. Sollte noch ein
Schleier vorhanden sein, so kann man die Platine ruhig 1 Minute im
Waschbecken liegen lassen und anschließend noch einmal mit Wasser
abspülen. Den Schleier kann man auch sehr vorsichtig abwischen (löst sich
ganz leicht). Wenn auch dies nicht funktioniert, dann war die Entwicklungszeit
zu kurz und man sollte die Platine noch einmal zurück ins Entwicklungsbad
legen, um die Entwicklungszeit zu verlängern. Aufgrund von
Fertigungsunterschieden und Lagerzeiten verhalten sich die Platinen leider
nicht immer gleich.
2.4.1.2. Doppelseitige Platine
Zuerst wird aus den beiden Layoutseiten eine Tasche geklebt. Dabei ist zu
beachten, dass die Pads deckungsgleich übereinander liegen. In diese wird
die Platine vorsichtig zur Belichtung eingeschoben. Zur Herstellung dieser
Taschen wird ein rechter Winkel aus 1,5mm dicken Streifen (Platinenreste),
knapp außerhalb der Platinenabmessungen mit doppelseitigem Klebeband
festgeklebt. Dieser dient als Anschlag für die Platine. Die zweite Folie wird
ebenfalls mit doppelseitigem Klebeband daran befestigt, nachdem sie über
dem Lichtkasten deckungsgleich angeordnet wurde. Die Schutzfolie wird bei
gedämpften Licht auf beiden Seiten der Platine abgezogen und anschliessend
die Platine in die angefertigte Layout-Tasche gesteckt. Diese wird dann auf
die Glasplatte des Belichtungsgerätesgelegt und wenn alles richtig liegt der
Folienrahmen heruntergeklappt. Bevor das Vakuum eingeschaltet wird, kann
nun noch ein mal überprüft werden, ob alles richtig liegt. Da das Layout von
beiden Seiten angestrahlt werden muss, sind folgende Schalterstellungen am
Gerät zu wählen:
• Vakuum ein
• Ventilator aus
• Kopie oben ein
• Kopie unten ein
Die Belichtungszeit für Klarsichtfolien beträgt ca. 45 Sekunden. Für die matten
Layoutfolien sind ca. 2,5 Minuten nötig. Nach Ablauf der Belichtungszeit
werden die Lampen und das Vakuum ausgeschaltet. VORSICHT beim Öffnen
des Gerätes! Sollte sich der Vakuumrahmen nicht leicht abheben lassen,
kurze Zeit warten und nicht mit Gewalt anheben!
2.4.2.In Eigeninitiative

Ziehen Sie nun die dunkle Schutzfolie von der Platine ab und positionieren sie
mit dem Fotolack nach oben auf eine plane Fläche. Ohne Zeitverzug legen sie
nun das Platinenlayout auf die Platine und decken beides mit einer dünnen
Glasplatte ab. Verwendet man eine dicke Glasplatte, muß die Belichtungszeit
verlängert werden. Prüfen Sie noch einmal, ob das Layout richtig herum und
nicht etwa seitenverkehrt aufliegt. Eine eventuell vorhandene Beschriftung im
Layout muß lesbar sein! Rechts und links des Layouts beschweren Sie die
Glasplatte mit einigen Büchern, damit die Folie sehr dicht auf die Platine
aufliegt. Nur so erreichen Sie eine gute Kantenschärfe der Leiterbahnen und
vermeiden häßliche Unterätzungen, die sich bei dünnen Leiterbahnen
besonders negativ auswirken. Jetzt wird das Ganze mit der Höhensonne ca. 1
Minute und 45 Sekunden belichtet, der Abstand zur Platine beträgt dabei etwa
15-20 cm. Die Höhensonne hat eine Leistung von 300 Watt, bei anderen
Werten ist die Belichtungszeit durch Ausprobieren zu ermitteln. Dazu kann
man kleine Platinenreste in Briefmarkengröße verwenden, die man erst mit
verschiedenen Zeiten belichtet und dann entwickelt. Verwenden Sie ein
kommerzielles Belichtungsgerät mit vier UV-Röhren, beträgt die
Belichtungszeit in den meisten Fällen 5 Minuten. Dies gilt auch für die
Gesichtsbräuner, die man gleichfalls zum Belichten der Platine benutzen
kann.
2.5. Entwickeln der belichteten Platine
Der Entwicklungsvorgang mit der vorbereiteten Entwicklungflüssigkeit dient
dazu, den belichteten Teil des Fotolacks von der Platine abzulösen. Die
Entwicklerflüssigkeit sollte etwa handwarm (20-25 Grad) sein. Legen Sie nun
die belichtete Platine in den Entwickler und bewegen sie mit Hilfe der
Fotozange unentwegt im Bad. Das Layout sollte nach etwa 5 bis 10 Sekunden
erkennbar werden. Ist das Layout schon nach 1-2 Sekunden zu sehen, so ist
zu lange belichtet worden. Wurde der Fotopositivlack schon nach ein paar
Sekunden vollständig aufgelöst (es verbleibt kein Fotolack auf der Platine),
wurde sehr stark überbelichtet. In beiden Fällen ist die Belichtungszeit
entsprechend zu kürzen.
Eine korrekt belichtete Platine wird nach 20-30 Sekunden voll entwickelt sein.
Mit der Kunststoff-Fotozange nehmen Sie die Platine aus dem Entwickler,
spülen sie mit Wasser gründlich ab und stellen sie auf ein Tuch zum Trocknen
senkrecht auf. Die Kupferbahnen sind sehr deutlich als dunkle Zeichnung auf
der kupfernen Platine erkennbar.
Fix und fertig: Platine aus
eigener Herstellung

Vergleichen Sie die Farbe des Kupfers mit der einer rein kupfernen Platine.
Stellen Sie fest, daß die entwickelte Platine noch einen grünlich blauen
Lackschleier aufweist, legen Sie die Platine nochmals für einige Sekunden in
die Entwicklerlösung, bis der Rest des unerwünschten Lackes abgelöst ist.
Auf den blanken Kupferflächen darf kein Lackschleier verbleiben, er würde
den folgenden Ätzvorgang behindern.
2.6. Ätzen der Platine
Das Ätzen dient dazu, den nicht von Fotolack bedeckten Teil der Platine von
Kupfer zu befreien. Die entwickelte und getrocknete Platine legt man nun in
die bereits erwärmte Ätzflüssigkeit. Zum vorbereiten der Ätzflüssigkeit im
Projektlabor wird die Heizung über die Steckdosenleiste eingeschaltet und die
Luftzufuhr vorne am Tisch am blauen Hahn langsam aufgedreht. Aus
Sicherheitsgründen muss der Abzug (kleiner roter Knopf) eingeschaltet sein.
Beim Ätzen in Eigeninitiative sowie im Projektlabor ist besondere Vorsicht
geboten: Ihre Augen sind unbedingt vor Ätzflüssigkeit zu schützen!
Ab und zu prüfen Sie den Ätzfortschritt und schauen nach, ob die Platine
gleichmäßig geätzt wird. Der Ätzvorgang ist abgeschlossen, sobald auf der
Platine keine Kupferreste zu sehen sind, die verbleibenden Leiterbahnen sind
ja mit Fotolack abgedeckt und erscheinen dunkel. Die Platine sollte - bei
Verwendung von Ammonium- oder Natriumpersulfat und einer Temperatur
von etwa 40 Grad - nach etwa 15-30 Minuten vollständig geätzt sein, welches
auch der Ätzzeit des im Projektlabor verwendeten Materials entspricht. Falls
die Ätzflüssigkeit kälter ist, verlängert sich der Ätzvorgang. Die geätzte Platine
wird nun gründlich mit Wasser abgespült und mit Pressluft getrocknet. Zu
hause tuts zum trocknen auch ein alter Lappen.
2.7.Bohren der Platine
Nach dem Trocknen kann die Platine gebohrt werden. Bohrungen für
Drahtbrücken werden mit 0,6 mm gefertigt und ein ebenso dicker Silberdraht
verwendet. Normale Bohrlöcher für ICs, 1/4 Watt Widerstände und
dergleichen bohrt man mit 0,8 mm Durchmesser. Dickere Anschlußdrähte für
die Diode 1N4001 oder Steckverbinder (z.B. Sub-D-Stecker) benötigen 1 mm
Durchmesser. Im Projektlabor findet das Bohren im Raum HT 309 statt.
2.8. Entfernen der Fotolackreste
Dies kann mit Aceton (Vorsicht, giftig!) und einem Lappen geschehen, besser
ist folgender Trick: Die getrocknete, geätzte Platine ca. 2-3 Minuten mit der
"Höhensonne" oder dem Belichtungsgerät ohne Vakuum (im Projektlabor)
direkt belichten, anschließend kurz in den Fotoentwickler legen, der alle Reste
des Fotolacks vollständig entfernt. Zu guter letzt die Platine mit einer dünnen

Schicht Lötlack einsprühen, jenes schützt die Leiterbahnen vor Oxidation und
verbessert die Leitfähigkeit!...Somit ist die Platine fertig!
3. Andere Herstellungsmöglichkeiten und Kosteninfos für
Heimwerker ;-)
3.1. Möglichkeit: Ätzen (mit Photolackbeschichteten Platinen)
Dazu notwendig: Beispiel: Kosten:
Platinenmaterial Photobeschichtete Epoxydplatten ca.1€ pro dm²
Entwickler Natriumhydroxyd (NaOH) ca.1€ für 20g (ergibt ~2 Liter)
Säure Amoniumpersulfat, oder Natriumpersulfat ca.2€ für 100g (ergibt ~800ml)
Lichtschablone (Laser-)druckerfolie, Papier, Drucker ca.1€ für 3Folien
Werkzeug Glasschalen, Säge, Bohrer, Topf ca.1€ für 1mm Bohrer
Dabei fehlen natürlich noch die Kosten die Ätzapperatur.
3.2. Möglichkeit: Ätzen (mit Edding)
Dazu notwendig: Beispiel: Kosten:
Platinenmaterial Kupferbeschichtete Epoxydplatten ca.1€ pro dm²
Säure Amoniumpersulfat, oder Natriumpersulfat ca.2€ für 100g (ergibt ~800ml)
Filzschreiber Folienschreiber (Säureresistent) ca.3€
Werkzeug Glasschalen, Säge, Bohrer, Topf ca.1€ für 1mm Bohrer
Hierbei muss man nur die Leiterbahnen nach belieben aufmalen, und wie
oben beschrieben ätzen und bohren. Dabei sind ein Lineal und ein kleines
Messer zum Ausbessern (die Tinte einfach wegkratzen) sehr hilfreich. Mit
Alkohol (Spiritus) kann man immer "nochmal von vorne anfangen"
3.3. Möglichkeit: Fräsen
Dazu notwendig: Beispiel: Kosten:
Platinenmaterial Kupferbeschichtete Epoxydplatten ca.1€ pro dm²
Werkzeug Säge, Bohrer, Miniatur-Fräßkopf ca.1€ für 1mm Bohrer, 5€ für Minifräßkopf
Am besten die Leiterbahnen mit Bleistift vorzeichnen und dann mit ruhiger Hand mit einem
Graviergerät die Leiterbahnen möglichst sauber herrausfräsen. Am besten einen
Kegelförmigen Kopf verwenden.
Hierbei ist zu sagen: Übung macht den Meister.
Es gibt auch Computergesteuert Fräsen, wobei man das Layout einspeist und dann
hochpräzise die Bahnen herausgefräst werden.
Quellen: Projktlabor-Ordner , Internetquellen